Schmierung der Kurbelwelle einer Schiffsdampfmaschine . Die beiden Schmierstoffflaschen sind am Kolben befestigt und bewegen sich während des Betriebs der Maschine.
Eine in geschmolzenem, reinem Paraffinwachs ohne Zusätze liegende Fahrradkette , die seit etwa 2020 als Schmiermittel für Fahrradketten an Popularität gewonnen hat.

Schmierung ist der Prozess oder die Technik, bei der ein Schmierstoff eingesetzt wird, um Reibung und Verschleiß beim Kontakt zweier Oberflächen zu reduzieren . Die Schmierungslehre ist ein Teilgebiet der Tribologie .

Schmiermechanismen wie flüssigkeitsgeschmierte Systeme sind so konstruiert, dass die aufgebrachte Last teilweise oder vollständig durch hydrodynamischen oder hydrostatischen Druck aufgenommen wird. Dadurch werden Wechselwirkungen zwischen den Festkörpern (und folglich Reibung und Verschleiß) reduziert. Je nach Grad der Oberflächentrennung lassen sich unterschiedliche Schmierregime unterscheiden.

Ausreichende Schmierung ermöglicht den reibungslosen und kontinuierlichen Betrieb von Maschinenelementen , reduziert den Verschleiß und beugt übermäßiger Belastung oder Fressen an Lagern vor. Durch die Abweisung von Wasser und anderen Substanzen verringert sie zudem die Korrosion. Bei unzureichender Schmierung können Bauteile aneinander reiben und dadurch Hitze, lokale Verschweißungen, Beschädigungen und schließlich den Ausfall verursachen.

Schmiermechanismen

Flüssigkeitsgeschmierte Systeme

Mit zunehmender Belastung der Kontaktflächen lassen sich hinsichtlich der Schmierungsart unterschiedliche Situationen beobachten, die als Schmierregime bezeichnet werden: [ 1 ]

  • Bei der Flüssigkeitsfilmschmierung handelt es sich um einen Schmierungszustand, bei dem die Last durch viskose Kräfte vollständig vom Schmierstoff im Raum oder Spalt zwischen den sich bewegenden Teilen getragen wird. [ 2 ]
    • Bei der hydrostatischen Schmierung wird ein äußerer Druck auf das Schmiermittel im Lager ausgeübt , um den Schmierfilm aufrechtzuerhalten, der sonst herausgepresst würde.
    • Bei der hydrodynamischen Schmierung pumpt die Bewegung der Kontaktflächen in Kombination mit der Lagerkonstruktion Schmierstoff um das Lager, um den Schmierfilm aufrechtzuerhalten. Diese Lagerkonstruktion kann beim Anfahren, Anhalten oder Umkehren der Drehrichtung verschleißen, da der Schmierfilm abgebaut wird. Grundlage der hydrodynamischen Schmiertheorie ist die Reynolds-Gleichung . Die grundlegenden Gleichungen der hydrodynamischen Schmiertheorie und einige analytische Lösungen finden sich in der Referenz [ 3 ] .
  • Elastohydrodynamische Schmierung: Vor allem bei nichtkonformen Oberflächen oder hohen Belastungen erfahren die Körper im Kontaktbereich elastische Verformungen. Diese Verformungen erzeugen eine lasttragende Fläche, die einen nahezu parallelen Spalt für den Flüssigkeitsstrom bildet. Ähnlich wie bei der hydrodynamischen Schmierung erzeugt die Bewegung der Kontaktkörper einen strömungsinduzierten Druck, der als Tragkraft auf die Kontaktfläche wirkt. In solchen Hochdruckbereichen kann die Viskosität der Flüssigkeit erheblich ansteigen. Bei vollflächiger elastohydrodynamischer Schmierung trennt der entstehende Schmierfilm die Oberflächen vollständig. Aufgrund der starken Kopplung zwischen der hydrodynamischen Wirkung des Schmierstoffs und der elastischen Verformung der Kontaktkörper ist dieser Schmierregime ein Beispiel für Fluid-Struktur-Interaktion . [ 4 ] Die klassische elastohydrodynamische Theorie verwendet die Reynolds-Gleichung und die Gleichung für die elastische Verformung, um Druck und Verformung in diesem Schmierregime zu berechnen. [ 5 ] [ 6 ] Es kann auch zu Kontakt zwischen erhabenen festen Merkmalen oder Rauheitsspitzen kommen, was zu einem Mischreibungs- oder Grenzschmierungsregime führt.
  • Grenzschmierung ist der Zustand, in dem die Last von den Oberflächenrauigkeiten (Erhebungen) und nicht vom Schmierstoff getragen wird. [ 7 ] Dieser Effekt bewirkt, dass ultrahochmolekulares Polyethylen „selbstschmierend“ ist.
  • Grenzfilmschmierung: [ 8 ] Die hydrodynamischen Effekte sind vernachlässigbar. Die Körper kommen an ihren Rauheitsspitzen (Höhenpunkten) in engeren Kontakt; die durch den lokalen Druck entstehende Wärme führt zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt, und einige Rauheitsspitzen brechen ab. Unter den erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen reagieren chemisch reaktive Bestandteile des Schmierstoffs mit der Kontaktfläche und bilden eine hochbeständige, haftfeste Schicht oder einen Film auf den sich bewegenden Festkörperoberflächen (Grenzfilm), der die Last aufnehmen kann und so größeren Verschleiß oder Materialermüdung verhindert.
  • Mischreibung: Dieser Bereich liegt zwischen dem elastohydrodynamischen Vollschmierungsregime und dem Grenzschmierungsregime. Der erzeugte Schmierfilm reicht nicht aus, um die Körper vollständig zu trennen, die hydrodynamischen Effekte sind jedoch beträchtlich. [ 9 ]

Neben der Lastaufnahme kann das Schmiermittel auch weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise die Kontaktflächen kühlen und Verschleißprodukte abtransportieren. Dabei wird es ständig von den Kontaktflächen abgeführt, entweder durch die Relativbewegung (Hydrodynamik) oder durch äußere Kräfte.

Schmierung ist für den einwandfreien Betrieb mechanischer Systeme wie Kolben , Pumpen , Nocken , Lager , Turbinen , Zahnräder , Rollenketten und Schneidwerkzeuge unerlässlich . Ohne Schmierung würde der Druck zwischen den nahe beieinander liegenden Oberflächen so viel Hitze erzeugen, dass es zu schnellen Oberflächenschäden käme, die im schlimmsten Fall die Oberflächen regelrecht miteinander verschweißen und so einen Fressvorgang verursachen könnten .

Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise Kolbenmotoren, dichtet der Film zwischen Kolben und Zylinderwand auch den Brennraum ab und verhindert so, dass Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse entweichen.

Benötigte ein Motor beispielsweise für Gleitlager eine Druckschmierung , so gab es eine Ölpumpe und einen Ölfilter . Bei frühen Motoren (wie etwa einem Sabb-Schiffsdiesel ), bei denen keine Druckschmierung erforderlich war, reichte die Spritzschmierung aus.

Siehe auch

  • Automatischer Schmierer  – Vorrichtung, die an einer Dampfmaschine angebracht ist, um Schmieröl zuzuführen.
  • Automatisches Schmiersystem – Ein System, das während des Betriebs der Maschine kontrollierte Mengen Schmierstoff an mehrere Stellen der Maschine abgibt.

Referenzen

  1. ^ Hamrock, Bernard J. (2004). Grundlagen der Flüssigkeitsfilmschmierung . Steven R. Schmid, Bo O. Jacobson (2. Aufl.). New York: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-5120-5OCLC  55739786 .​
  2. ^ San Andrés, L. „Einführung in die Rotordynamik von Pumpen, Teil I. Einführung in die hydrodynamische Schmierung“. („MEEN626 Schmierstofftheorie: Vorlesungsplan Herbst 2006“). [1] (11. Dez. 2007)
  3. ^ tribonet (16.02.2017). „Hydrodynamische Schmierung“ . Tribologie . Abgerufen am 23.02.2017 .
  4. ^ Singh, Kushagra; Sadeghi, Farshid; Russell, Thomas; Lorenz, Steven J.; Peterson, Wyatt; Villarreal, Jaret; Jinmon, Takumi (01.09.2021). „Fluid–Struktur-Interaktionsmodellierung von elastohydrodynamisch geschmierten Linienkontakten“ . Journal of Tribology . 143 (9): 091602. doi : 10.1115/1.4049260 . ISSN 0742-4787 . S2CID 230619508 .  
  5. ^ tribonet (05.02.2017). „Elastohydrodynamische Schmierung (EHL)“ . Tribologie . Abgerufen am 23.02.2017 .
  6. ^ Popova, E.; Popov, VL (2015). „Zur Geschichte der Elastohydrodynamik: Das dramatische Schicksal von Alexander Mohrenstein-Ertel und sein Beitrag zur Theorie und Praxis der Schmierung“. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik . 95 (7): 652–663 . Bibcode : 2015ZaMM...95..652P . doi : 10.1002/zamm.201400050 .
  7. ^ Bosman R. und Schipper DJ Mikroskopischer leichter Verschleiß im Grenzschmierungsbereich . Labor für Oberflächentechnik und Tribologie, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Twente, Postfach 217, NL 7500 AE Enschede, Niederlande.
  8. ^ Ewen, James. "Grenzschmierung" . Trbonet .
  9. ^ Akchurin, Aydar; Bosman, Rob; Lugt, Piet M.; Drogen, Mark van (31.05.2015). „Über ein Modell zur Vorhersage des Reibungskoeffizienten in Mischreibung auf Basis eines Lastverteilungskonzepts mit gemessener Oberflächenrauheit“ . Tribology Letters . 59 (1): 19. doi : 10.1007/s11249-015-0536-z . ISSN 1023-8883 .